CN112922848A - 一种离心泵轴向力自平衡的联轴器装置及轴向力测量方法 - Google Patents

一种离心泵轴向力自平衡的联轴器装置及轴向力测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种离心泵轴向力自平衡的联轴器装置，包括箱体(4)，在箱体(4)的内部，从左至右竖向依次排列设有叶轮侧齿轮组、叶轮侧挡板(52)、驱动侧挡板(51)和驱动侧齿轮组；叶轮侧第一齿轮副(31)与叶轮侧主齿轮(2)相互齿轮咬合，叶轮侧主齿轮(2)与叶轮侧第二齿轮副(32)相互齿轮咬合；驱动侧第一齿轮副(71)和驱动侧主齿轮(8)相互齿轮咬合，驱动侧主齿轮(8)和驱动侧第二齿轮副(72)相互齿轮咬合。本发明还同时提供了利用上述离心泵轴向力自平衡的联轴器装置进行的轴向力测量的方法。本发明能实现轴向力自平衡。

Description

一种离心泵轴向力自平衡的联轴器装置及轴向力测量方法
技术领域
本发明涉及离心泵技术领域，具体涉及一种离心泵轴向力自平衡的联轴器装置及相应的轴向力测量方法。
背景技术
离心泵是应用最广泛的泵，不仅应用于石油、化工、水利等工农业领域，而且应用于航空、核能等高科技领域。离心泵叶轮由于受到流体诱导对离心泵产生轴向力，该轴向力不仅使得转子部件产生应力变形，而且也将影响转子***的横向及轴向振动特性。因此，离心泵轴向力的平衡一直是在离心泵领域内的重要课题。目前用于离心泵轴向力平衡的机构主要有：平衡盘、平衡鼓、平衡孔、止推轴承等。其中平衡盘与平衡鼓的体积大、费用高，平衡孔则不能够完全平衡轴向力，且会造成泄漏产生水利损失；止推轴承结构复杂，多需要单独的压力油供给***，主要用于大功率大尺寸离心泵，对于常见农业及流程工业一般工位用泵、严格尺寸限制的小型或微型泵并不适用。因此，一种适用性广泛的离心泵轴向力自平衡与可测的外接装置具有重要的工程应用价值。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、使用方便的离心泵轴向力自平衡的联轴器装置及相应的轴向力测量方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种离心泵轴向力自平衡的联轴器装置及轴向力测量方法，包括：箱体，在箱体的内部，从左至右竖向依次排列设有叶轮侧齿轮组、叶轮侧挡板、驱动侧挡板和驱动侧齿轮组；
所述叶轮侧齿轮组包括竖向依次设置的叶轮侧第一齿轮副、叶轮侧主齿轮和叶轮侧第二齿轮副，叶轮侧第一齿轮副、叶轮侧主齿轮与叶轮侧第二齿轮副各自的工作中心在同一垂直线上，且，叶轮侧第一齿轮副与叶轮侧主齿轮相互齿轮咬合，叶轮侧主齿轮与叶轮侧第二齿轮副相互齿轮咬合；
所述驱动侧齿轮组包括竖向依次设置的驱动侧第一齿轮副、驱动侧主齿轮和驱动侧第二齿轮副，驱动侧第一齿轮副、驱动侧主齿轮和驱动侧第二齿轮副各自的工作中心在同一垂直线上，且，驱动侧第一齿轮副和驱动侧主齿轮相互齿轮咬合，驱动侧主齿轮和驱动侧第二齿轮副相互齿轮咬合；
所述叶轮侧主齿轮与驱动侧主齿轮的工作中心位于轴心水平直线上，在箱体的内部，关于轴心水平直线上下对称地设有第一支撑轴和第二支撑轴，第一支撑轴水平横向设置且穿过叶轮侧第一齿轮副、叶轮侧挡板、驱动侧挡板和驱动侧第一齿轮副，第二支撑轴水平横向设置且穿过叶轮侧第二齿轮副、叶轮侧挡板、驱动侧挡板和驱动侧第二齿轮副；叶轮侧第一齿轮副、驱动侧第一齿轮副均与第一支撑轴固定连接，叶轮侧第二齿轮副、驱动侧第二齿轮副均与第二支撑轴固定连接；
所述叶轮侧挡板和驱动侧挡板之间，在第一支撑轴上设有第一弹簧，在第二支撑轴上设有第二弹簧，第一弹簧和第二弹簧各自的自由状态长度均大于等于叶轮侧挡板和驱动侧挡板的间距。
作为本发明一种离心泵轴向力自平衡的联轴器装置的改进：
所述叶轮侧主齿轮和驱动侧主齿轮的形状、尺寸和齿数相一致；
所述叶轮侧第一齿轮副、叶轮侧第二齿轮副、驱动侧第一齿轮副和驱动侧第二齿轮副相互之间的形状、尺寸和齿数均相一致；
所述叶轮侧主齿轮或驱动侧主齿轮的尺寸、齿数对应地大于叶轮侧第一齿轮副或叶轮侧第二齿轮副或驱动侧第一齿轮副或驱动侧第二齿轮副的尺寸、齿数。
作为本发明一种离心泵轴向力自平衡的联轴器装置的进一步改进：
所述第一支撑轴上，位于箱体的左侧壁和叶轮侧挡板之间，从左往右依次紧密贴合设置叶轮侧第一滚珠轴承、叶轮侧第一轴套、叶轮侧第一齿轮副、叶轮侧第二轴套和叶轮侧第二滚珠轴承，位于驱动侧挡板和箱体的右侧壁之间，从左往右依次紧密贴合设置驱动侧第一滚珠轴承、驱动侧第一轴套、驱动侧第一齿轮副、驱动侧第二轴套、驱动侧第二滚珠轴承；所述第一支撑轴的两端分别通过叶轮侧第一滚珠轴承、驱动侧第二滚珠轴承与箱体的两侧壁固定连接；
所述在第二支撑轴上，位于箱体的左侧壁和叶轮侧挡板之间，从左往右依次紧密贴合设置叶轮侧第三滚珠轴承、叶轮侧第三轴套、叶轮侧第二齿轮副、叶轮侧第四轴套和叶轮侧第四滚珠轴承，位于驱动侧挡板和箱体的右侧壁之间，从左往右依次紧密贴合设置驱动侧第三滚珠轴承、驱动侧第三轴套、驱动侧第二齿轮副、驱动侧第四轴套、驱动侧第四滚珠轴承；所述第二支撑轴的两端分别通过叶轮侧第三滚珠轴承、驱动侧第四滚珠轴承与箱体的两侧壁固定连接。
作为本发明一种离心泵轴向力自平衡的联轴器装置的进一步改进：
所述箱体整体采用透明材料制作而成，箱体左、右两侧的侧壁为可拆卸结构，箱体底部的左右位置分别设有一个可升降支座，在箱体左侧壁上的中心位置设有叶轮侧通孔，在箱体右侧壁上的中心位置设有驱动侧通孔，叶轮侧通孔和驱动侧通孔的中心均在轴心水平直线上；在箱体正面的中间位置设置为刻度读数区域；
所述箱体内的顶部设有一个驱动侧挡板上支座和一个叶轮侧挡板上支座，叶轮侧挡板垂直竖立于驱动侧挡板上支座和叶轮侧挡板上支座之间，且与叶轮侧挡板上支座、叶轮侧挡板下支座为滑动连接；
所述箱体内的底部设有一个驱动侧挡板下支座和一个叶轮侧挡板下支座，驱动侧挡板垂直竖立于驱动侧挡板下支座和叶轮侧挡板下支座之间，且与驱动侧挡板上支座、驱动侧挡板下支座为滑动连接。
作为本发明一种离心泵轴向力自平衡的联轴器装置的进一步改进：
所述叶轮侧挡板的中心位置固定设置一根“u”型的叶轮侧指针，在驱动侧挡板固定设置一根“u”型的驱动侧指针，叶轮侧指针和驱动侧指针的指示位置均位于刻度读数区域范围之内。
本发明还同时提供了利用所述的一种离心泵轴向力自平衡的联轴器装置进行轴向力测量的方法：
1)、在箱体外部，正对刻度读数区域的位置固定设置一个高速照相机，高速照相机设置为每3s采集一次叶轮侧指针和驱动侧指针位置的图像数据，采集时长为1分钟，总共采集20次图像数据；
记录叶轮侧指针的初始位置所指示的刻度读数为x1，
记录驱动侧指针的初始位置所指示的刻度读数为x2；
2)、启动离心泵的电机，使得离心泵轴向力自平衡的联轴器装置开始工作，待叶轮侧指针和驱动侧指针所指示的位置均稳定无明显移动时，启动高速照相机；
一分钟后高速照相机停止工作，关闭离心泵电机，图像数据采集完成；统计所采集的图像数据中20组叶轮侧指针和驱动侧指针的位置数据所指示的刻度读数，然后将20组叶轮侧指针的位置数据所指示的刻度读数求取的平均值为x3，将20组驱动侧指针的位置数据所指示的刻度读数求取平均值为x4；
3)、利用胡克定律求得轴向力：
F＝k1×[(x2-x1)-(x4-x3)]+k2×[(x2-x1)-(x4-x3)] (公式1)
其中：k1为第一弹簧倔强系数，k2为第二弹簧倔强系数。
本发明具有如下技术优势：
1、本发明通过齿轮组将电机轴的扭矩传递给泵轴的同时，选择了满足一定条件参数的弹簧与固定挡板连接，实现了轴向力自平衡；
2、本发明通过可视化的外壳并使用高速照相机拍照进行数据的收集，实现轴向力可测量的功能；
3、本发明零部件可拆卸安装便捷，可根据实际泵轴的尺寸更换传动齿轮大小，数据采集精度较高，提高了装置的实用性和精确性。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1为本发明一种离心泵轴向力自平衡的联轴器装置的结构示意图；
图2为图1中箱体4的结构示意图；
图3为采用本发明前后的泵轴向力与流量的关系图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1、一种离心泵轴向力自平衡的联轴器装置，设置于离心泵的泵轴与电机轴之间，将电机轴的扭矩传递给泵轴带动叶轮旋转的同时，能够指示叶轮产生的轴向力的大小并自动平衡轴向力，如图1-2所示，包括箱体4，箱体4整体采用透明材料制作而成，便于采光且为观察与检修等创造了条件，在箱体4正面的中间位置为刻度读数区域11，设置有刻度读数，用以显示轴向力的大小；箱体4的左侧为叶轮侧，右侧为驱动侧，箱体4两侧(即叶轮侧和驱动侧)的侧壁为可拆卸，方便拆除后在箱体4内部安装、调试本装置，箱体4底部的左右位置分别设有一个可升降支座403，可以分别调节箱体4两侧的高度，使得离心泵的泵轴与电机轴在同一水平直线上，从而使得本装置在不同的环境下能够平稳运行；
在箱体4叶轮侧壁上的中心位置设有叶轮侧通孔402，离心泵的泵轴一端从叶轮侧通孔402通入箱体4内部，在箱体4驱动侧壁上的中心位置设有驱动侧通孔401，电机轴的一端从驱动侧通孔401通入箱体4内部，叶轮侧通孔402和驱动侧通孔401的中心在轴心水平直线a上，从而使得离心泵的泵轴与电机轴的中心线在轴心水平直线a上；
在箱体4的内部，从左至右竖向依次排列设有叶轮侧齿轮组、叶轮侧挡板52、驱动侧挡板51和驱动侧齿轮组，叶轮侧齿轮组包括叶轮侧主齿轮2、叶轮侧第一齿轮副31和叶轮侧第二齿轮副32，驱动侧齿轮组包括驱动侧主齿轮8、驱动侧第一齿轮副71和驱动侧第二齿轮副72，具体为：
箱体4内的顶部固定设置有一个驱动侧挡板上支座121和一个叶轮侧挡板上支座122，箱体4内的底部固定设置有一个驱动侧挡板下支座123和一个叶轮侧挡板下支座124；叶轮侧挡板上支座122和叶轮侧挡板下支座124之间设置叶轮侧挡板52，叶轮侧挡板52的两端与叶轮侧挡板上支座122、叶轮侧挡板下支座124为滑动连接，即叶轮侧挡板52垂直竖立在叶轮侧挡板上支座122、叶轮侧挡板下支座124之间且可以左右移动；在驱动侧挡板上支座121和驱动侧挡板下支座123之间设置驱动侧挡板51，驱动侧挡板51的两端与驱动侧挡板上支座121、驱动侧挡板下支座123为滑动连接，即驱动侧挡板51垂直竖立在驱动侧挡板上支座121、驱动侧挡板下支座123之间且可以左右移动；
在箱体4内部，驱动侧主齿轮8固定设置在电机轴上，通过A型普通平键与电机轴固定连接，由电机产生的动力通过电机轴带动驱动侧主齿轮8转动；叶轮侧主齿轮2固定设置在离心泵的泵轴上，通过A型普通平键与离心泵的泵轴固定连接，叶轮侧主齿轮2的转动带动离心泵的泵轴进而带动叶轮旋转；
在箱体4的内部，关于轴心水平直线a上下对称地设有第一支撑轴104和第二支撑轴103，第一支撑轴104和第二支撑轴103分别穿过叶轮侧齿轮组、叶轮侧挡板52、驱动侧挡板51和驱动侧齿轮组且横向水平设置；
在第一支撑轴104上，位于箱体4的左侧壁和叶轮侧挡板52之间，从左往右依次固定设置叶轮侧第一滚珠轴承61、叶轮侧第一轴套41、叶轮侧第一齿轮副31、叶轮侧第二轴套42和叶轮侧第二滚珠轴承62，且叶轮侧第一滚珠轴承61、叶轮侧第一轴套41、叶轮侧第一齿轮副31、叶轮侧第二轴套42、叶轮侧第二滚珠轴承62和叶轮侧挡板124均相互紧密贴合无间隙便于传递轴向力；在第一支撑轴104上，叶轮侧挡板52和驱动侧挡板51之间，固定设置有第一弹簧15，第一弹簧15的自由状态长度大于等于叶轮侧挡板52和驱动侧挡板51的间距，使得第一弹簧15处于压缩或临界压缩的状态；在第一支撑轴104上，位于驱动侧挡板51和箱体4的右侧壁之间，从左往右依次固定设置驱动侧第一滚珠轴承63、驱动侧第一轴套43、驱动侧第一齿轮副71、驱动侧第二轴套44、驱动侧第二滚珠轴承64，且驱动侧挡板51、驱动侧第一滚珠轴承63、驱动侧第一轴套43、驱动侧第一齿轮副71、驱动侧第二轴套44、驱动侧第二滚珠轴承64均相互紧密贴合无间隙便于传递轴向力；叶轮侧第一齿轮副31、驱动侧第一齿轮副71分别通过普通平键与第一支撑轴104固定连接，即，第一齿轮副31、驱动侧第一齿轮副71相互之间为共轴同步转动；第一支撑轴104的两端分别通过叶轮侧第一滚珠轴承61、驱动侧第二滚珠轴承64与箱体4的两侧壁固定连接；
同样的，在第二支撑轴103上，位于箱体4的左侧壁和叶轮侧挡板52之间，从左往右依次固定设置叶轮侧第三滚珠轴承65、叶轮侧第三轴套45、叶轮侧第二齿轮副32、叶轮侧第四轴套46和叶轮侧第四滚珠轴承66，且叶轮侧第三滚珠轴承65、叶轮侧第三轴套45、叶轮侧第二齿轮副32、叶轮侧第四轴套46、叶轮侧第四滚珠轴承66和叶轮侧挡板124均相互紧密贴合无间隙便于传递轴向力；在第二支撑轴103上，叶轮侧挡板52和驱动侧挡板51之间，固定设置有第二弹簧16，第二弹簧16的自由状态长度大于等于叶轮侧挡板52和驱动侧挡板51的间距，使得处于第二弹簧16压缩或临界压缩的状态；在第二支撑轴103上，位于驱动侧挡板51和箱体4的右侧壁之间，从左往右依次固定设置驱动侧第三滚珠轴承67、驱动侧第三轴套47、驱动侧第二齿轮副72、驱动侧第四轴套48、驱动侧第四滚珠轴承68，且驱动侧挡板51、驱动侧第三滚珠轴承67、驱动侧第三轴套47、驱动侧第二齿轮副72、驱动侧第四轴套48和驱动侧第四滚珠轴承6均相互紧密贴合无间隙便于传递轴向力；叶轮侧第二齿轮副32、驱动侧第二齿轮副72分别通过普通平键与第二支撑轴103固定连接，即，叶轮侧第二齿轮副32、驱动侧第二齿轮副72相互之间为共轴同步转动；第二支撑轴103的两端分别通过叶轮侧第三滚珠轴承65、驱动侧第四滚珠轴承68与箱体4的两侧壁固定连接；
叶轮侧第一齿轮副31、叶轮侧主齿轮2与叶轮侧第二齿轮副32各自的工作中心在同一垂直线上，叶轮侧第一齿轮副31与叶轮侧主齿轮2相互齿轮咬合、叶轮侧主齿轮2与叶轮侧第二齿轮副32相互齿轮咬合；驱动侧第一齿轮副71、驱动侧主齿轮8和驱动侧第二齿轮副72各自的工作中心在同一垂直线上，驱动侧第一齿轮副71和驱动侧主齿轮8相互齿轮咬合、驱动侧主齿轮8和驱动侧第二齿轮副72相互齿轮咬合；
叶轮侧主齿轮2和驱动侧主齿轮8的形状、尺寸和齿数相一致，叶轮侧第一齿轮副31、叶轮侧第二齿轮副32、驱动侧第一齿轮副71和驱动侧第二齿轮副72相互之间的形状、尺寸和齿数均相一致，且，主齿轮的尺寸和齿数均分别对应地大于齿轮副的尺寸和齿数，即叶轮侧主齿轮2(或驱动侧主齿轮8)的尺寸、齿数分别对应地大于叶轮侧第一齿轮副31(或叶轮侧第二齿轮副32、或驱动侧第一齿轮副71、或驱动侧第二齿轮副72)的尺寸、齿数；驱动侧主齿轮8的转动分别带动驱动侧第一齿轮副71、驱动侧第二齿轮副72转动，然后驱动侧第一齿轮副71通过第一支撑轴104带动叶轮侧第一齿轮副31，驱动侧第二齿轮副72通过第二支撑轴103带动叶轮侧第二齿轮副32转动，叶轮侧第一齿轮副31、叶轮侧第二齿轮副32同时带动叶轮侧主齿轮2转动，最终通过泵轴带动叶轮转动，使得离心泵正常工作；
叶轮侧第一齿轮副31与驱动侧第一齿轮副71共轴因此两者转速相同，叶轮侧第二齿轮副32与驱动侧第二齿轮副72共轴因此两者的转速相同，叶轮侧主齿轮2在齿轮啮合的作用下跟随叶轮侧第一齿轮副31、叶轮侧第二齿轮副32转动，在不考虑传动效率损耗的条件下其转速与驱动侧主齿轮8转速相同，故本联轴器装置不改变原离心泵的工作效率。
在叶轮侧挡板52的中心位置固定设置一根折弯成“u”型的叶轮侧指针101，同样的在驱动侧挡板51固定设置一根折弯成“u”型的驱动侧指针102，叶轮侧指针101和驱动侧指针102的指示位置均位于箱体4上的刻度读数区域11的范围之内；当离心泵在运行时，叶轮端由于叶轮对流体做功时产生的力，作用在叶轮上的动反力所产生的轴向力F推动叶轮侧挡板52的移动，从而带动叶轮侧指针101发生位移，叶轮侧挡板52的移动又分别通过第一弹簧15和第二弹簧16共同作用在驱动侧挡板51上，理论上驱动侧电机轴承承受轴向力并不会产生位移，驱动端挡板51不会发生位移，但实际中由于安装间隙和零件尺寸误差等因素，驱动端挡板51会有极小的位移造成驱动侧指针102的指示位置也会发生极小的变化，通过高速相机的拍照功能采集叶轮侧指针101和驱动侧指针102的位置数据，由公式1可计算出轴向力的数值大小：
第一弹簧15倔强系数k1，第二弹簧16倔强系数k2，由胡克定律可得轴向力为：
F＝k1×[(x2-x1)-(x4-x3)]+k2×[(x2-x1)-(x4-x3)] (公式1)
其中：x1为离心泵未运行状态下，叶轮侧指针101的初始位置所指示的刻度读数，
x2为离心泵未运行状态下，驱动侧指针102的初始位置所指示的刻度读数，
x3为离心泵稳定运行状态下，叶轮侧指针101的位置数据所指示的刻度读数的平均值，
x4为离心泵稳定运行状态下，驱动侧指针102的位置数据所指示的刻度读数的平均值；
本装置主要是叶轮侧挡板52的移动，使得第一弹簧15和第二弹簧16受到挤压有收缩变形的趋势，为了阻止这个收缩变形趋势，第一弹簧15和第二弹簧16会产生一个弹簧力f，当弹簧力f等于轴向力F时，***受力平衡，从而实现了平衡叶轮端轴向力的目的。
利用上述装置进行的轴向力测量的方法为：
1)、在箱体4外部，正对刻度读数区域11的位置固定设置一个高速照相机，用于记录离心泵运行过程中叶轮侧指针101和驱动侧指针102的位置变化；高速照相机设置为每3s采集一次叶轮侧指针101和驱动侧指针102位置的图像数据，采集时长为1分钟，即总共采集20次图像数据；
记录叶轮侧指针101的初始位置所指示的刻度读数为x1，
记录驱动侧指针102的初始位置所指示的刻度读数为x2；
2)、启动离心泵的电机，使得本装置开始工作，待叶轮侧指针101和驱动侧指针102目测稳定不再变化后(叶轮侧指针101和驱动侧指针102所指示的位置均稳定无明显移动时)，启动高速照相机；
一分钟后高速照相机停止工作，关闭离心泵电机，图像数据采集完成，统计所采集的图像数据中20组叶轮侧指针101和驱动侧指针102的位置数据所指示的刻度读数，然后将20组叶轮侧指针101的位置数据所指示的刻度读数求取的平均值为x3，将20组驱动侧指针102的位置数据所指示的刻度读数求取平均值为x4；
3)、按公式1计算获得轴向力的大小。
实验1：
针对本发明离心泵轴向力自平衡的联轴器装置(简称联轴器装置)进行轴向力的测定实验，实验装置主要有联轴器装置、高速照相机、流量计、流量调节阀门等，离心泵的标况参数为：流量Q＝50m3/h、扬程H＝63m和效率η＝70.3％，将流量计、流量调节阀门、离心泵的输入侧依次相连接，将联轴器装置按照实施例1所述设置于离心泵的泵轴与电机轴之间，高速照相机设置于正对刻度读数区域11，预先采集叶轮侧指针101和驱动侧指针102指示的初始刻度数值，将高速照相机的拍照间隔时间设置为3s，采集时长设置为1分钟。
启动离心泵电机，调节流量调节阀门使得流体流量达到并稳定在Q＝35m3/h，开启高速照相机对联轴器箱体上叶轮侧指针101和驱动侧指针102的指示位置进行图像数据采集，然后对所采集的20组图像数据进行人工读取并记录，如表1所示，注意该过程需记录Q＝35m3/h工况下实验开始的起始时间和结束时间，便于后期实验数据的分析工作。
表1、Q＝35m3/h时指针位置数据表
Figure BDA0002925925240000081
Figure BDA0002925925240000091
计算获得叶轮侧指针101的位置数据所指示的刻度读数的平均值：x3＝0.0393m，
计算获得驱动侧指针102的位置数据所指示的刻度读数的平均值：x4＝0.0529m，
通过公式1：
F＝k1×[(x2-x1)-(x4-x3)]+k2×[(x2-x1)-(x4-x3)]，
可得：
F＝92200×[(0.05-0.03)-(0.0529-0.0393)]+92200×[(0.05-0.03)-(0.0529-0.0393)]
F＝3024.16N
同样的，通过流量调节阀门分别调节离心泵的流量为：Q＝40m3/h、Q＝45m3/h、Q＝50m3/h、Q＝55m3/h、Q＝60m3/h，分别测定并计算其对应的轴向力的大小，结果如图3所示。
作为对比，将离心泵的泵轴与电机轴直接连接，不使用本联轴器装置，在轴承上固定设置测力环，分别调节离心泵的流量为：Q＝35m3/h、Q＝40m3/h、Q＝45m3/h、Q＝50m3/h、Q＝55m3/h、Q＝60m3/h，通过测力环上的应力片检测获得的电压信号数据，而后转换得到对应的轴向力大小，结果如图3所示；同样流量条件下，采用本装置后的泵轴向力明显小于未采用本装置的泵轴向力，本装置具有显著的平衡轴向力的效果。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种离心泵轴向力自平衡的联轴器装置，其特征在于：包括箱体(4)，在箱体(4)的内部，从左至右竖向依次排列设有叶轮侧齿轮组、叶轮侧挡板(52)、驱动侧挡板(51)和驱动侧齿轮组；
所述叶轮侧齿轮组包括竖向依次设置的叶轮侧第一齿轮副(31)、叶轮侧主齿轮(2)和叶轮侧第二齿轮副(32)，叶轮侧第一齿轮副(31)、叶轮侧主齿轮(2)与叶轮侧第二齿轮副(32)各自的工作中心在同一垂直线上，且，叶轮侧第一齿轮副(31)与叶轮侧主齿轮(2)相互齿轮咬合，叶轮侧主齿轮(2)与叶轮侧第二齿轮副(32)相互齿轮咬合；
所述驱动侧齿轮组包括竖向依次设置的驱动侧第一齿轮副(71)、驱动侧主齿轮(8)和驱动侧第二齿轮副(72)，驱动侧第一齿轮副(71)、驱动侧主齿轮(8)和驱动侧第二齿轮副(72)各自的工作中心在同一垂直线上，且，驱动侧第一齿轮副(71)和驱动侧主齿轮(8)相互齿轮咬合，驱动侧主齿轮(8)和驱动侧第二齿轮副(72)相互齿轮咬合；
所述叶轮侧主齿轮(2)与驱动侧主齿轮(8)的工作中心位于同一条轴心水平直线(a)上，在箱体(4)的内部，关于轴心水平直线(a)上下对称地设有第一支撑轴(104)和第二支撑轴(103)，第一支撑轴(104)水平横向设置且穿过叶轮侧第一齿轮副(31)、叶轮侧挡板(52)、驱动侧挡板(51)和驱动侧第一齿轮副(71)，第二支撑轴(103)水平横向设置且穿过叶轮侧第二齿轮副(32)、叶轮侧挡板(52)、驱动侧挡板(51)和驱动侧第二齿轮副(72)；叶轮侧第一齿轮副(31)、驱动侧第一齿轮副(71)均与第一支撑轴(104)固定连接，叶轮侧第二齿轮副(32)、驱动侧第二齿轮副(72)均与第二支撑轴(103)固定连接；
所述叶轮侧挡板(52)和驱动侧挡板(51)之间，在第一支撑轴(104)上设有第一弹簧(15)，在第二支撑轴(103)上设有第二弹簧(16)，第一弹簧(15)和第二弹簧(16)各自的自由状态长度均大于等于叶轮侧挡板(52)和驱动侧挡板(51)的间距。
2.根据权利要求1所述的一种离心泵轴向力自平衡的联轴器装置，其特征在于：
所述叶轮侧主齿轮(2)和驱动侧主齿轮(8)的形状、尺寸和齿数相一致；
所述叶轮侧第一齿轮副(31)、叶轮侧第二齿轮副(32)、驱动侧第一齿轮副(71)和驱动侧第二齿轮副(72)相互之间的形状、尺寸和齿数均相一致；
所述叶轮侧主齿轮(2)或驱动侧主齿轮(8)的尺寸、齿数对应地大于叶轮侧第一齿轮副(31)或叶轮侧第二齿轮副(32)或驱动侧第一齿轮副(71)或驱动侧第二齿轮副(72)的尺寸、齿数。
3.根据权利要求2所述的一种离心泵轴向力自平衡的联轴器装置，其特征在于：
所述第一支撑轴(104)上，位于箱体(4)的左侧壁和叶轮侧挡板(52)之间，从左往右依次紧密贴合设置叶轮侧第一滚珠轴承(61)、叶轮侧第一轴套(41)、叶轮侧第一齿轮副(31)、叶轮侧第二轴套(42)和叶轮侧第二滚珠轴承(62)，位于驱动侧挡板(51)和箱体(4)的右侧壁之间，从左往右依次紧密贴合设置驱动侧第一滚珠轴承(63)、驱动侧第一轴套(43)、驱动侧第一齿轮副(71)、驱动侧第二轴套(44)、驱动侧第二滚珠轴承(64)；所述第一支撑轴(104)的两端分别通过叶轮侧第一滚珠轴承(61)、驱动侧第二滚珠轴承(64)与箱体(4)的两侧壁固定连接；
所述在第二支撑轴(103)上，位于箱体(4)的左侧壁和叶轮侧挡板(52)之间，从左往右依次紧密贴合设置叶轮侧第三滚珠轴承(65)、叶轮侧第三轴套(45)、叶轮侧第二齿轮副(32)、叶轮侧第四轴套(46)和叶轮侧第四滚珠轴承(66)，位于驱动侧挡板(51)和箱体(4)的右侧壁之间，从左往右依次紧密贴合设置驱动侧第三滚珠轴承(67)、驱动侧第三轴套(47)、驱动侧第二齿轮副(72)、驱动侧第四轴套(48)、驱动侧第四滚珠轴承(68)；所述第二支撑轴(103)的两端分别通过叶轮侧第三滚珠轴承(65)、驱动侧第四滚珠轴承(68)与箱体(4)的两侧壁固定连接。
4.根据权利要求3所述的一种离心泵轴向力自平衡的联轴器装置，其特征在于：
所述箱体(4)整体采用透明材料制作而成，箱体(4)左、右两侧的侧壁为可拆卸结构，箱体(4)底部的左右位置分别设有一个可升降支座(403)，在箱体(4)左侧壁上的中心位置设有叶轮侧通孔(402)，在箱体(4)右侧壁上的中心位置设有驱动侧通孔(401)，叶轮侧通孔(402)和驱动侧通孔(401)的中心均在轴心水平直线(a)上；在箱体(4)正面的中间位置设置为刻度读数区域(11)；
所述箱体(4)内的顶部设有一个驱动侧挡板上支座(121)和一个叶轮侧挡板上支座(122)，叶轮侧挡板(52)垂直竖立于驱动侧挡板上支座(121)和叶轮侧挡板上支座(122)之间，且与叶轮侧挡板上支座(122)、叶轮侧挡板下支座(124)为滑动连接；
所述箱体(4)内的底部设有一个驱动侧挡板下支座(123)和一个叶轮侧挡板下支座(124)，驱动侧挡板(51)垂直竖立于驱动侧挡板下支座(123)和叶轮侧挡板下支座(124)之间，且与驱动侧挡板上支座(121)、驱动侧挡板下支座(123)为滑动连接。
5.根据权利要求1～4任一所述的一种离心泵轴向力自平衡的联轴器装置，其特征在于：
所述叶轮侧挡板(52)的中心位置固定设置一根“u”型的叶轮侧指针(101)，在驱动侧挡板(51)固定设置一根“u”型的驱动侧指针(102)，叶轮侧指针(101)和驱动侧指针(102)的指示位置均位于刻度读数区域(11)范围之内。
6.利用如权利要求1～5任一所述的一种离心泵轴向力自平衡的联轴器装置进行的轴向力测量的方法，其特征在于：
1)、在箱体(4)外部，正对刻度读数区域(11)的位置固定设置一个高速照相机，高速照相机设置为每3s采集一次叶轮侧指针(101)和驱动侧指针(102)位置的图像数据，采集时长为1分钟，总共采集20次图像数据；
记录叶轮侧指针(101)的初始位置所指示的刻度读数为x1，
记录驱动侧指针(102)的初始位置所指示的刻度读数为x2；
2)、启动离心泵的电机，使得离心泵轴向力自平衡的联轴器装置开始工作，待叶轮侧指针(101)和驱动侧指针(102)所指示的位置均稳定无明显移动时，启动高速照相机；
一分钟后高速照相机停止工作，关闭离心泵电机，图像数据采集完成；统计所采集的图像数据中20组叶轮侧指针(101)和驱动侧指针(102)的位置数据所指示的刻度读数，然后将20组叶轮侧指针(101)的位置数据所指示的刻度读数求取的平均值为x3，将20组驱动侧指针(102)的位置数据所指示的刻度读数求取平均值为x4；
3)、利用胡克定律求得轴向力：
F＝k1×[(x2-x1)-(x4-x3)]+k2×[(x2-x1)-(x4-x3)] (公式1)
其中：k1为第一弹簧(15)倔强系数，k2为第二弹簧(16)倔强系数。
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